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Schaltung zur kompensatorischen Unterdrückung von Netzstörungen in
Verstärkern mit Schirmgitterröhren Diese Erfindung dient dem Zwecke, Netzstörungen
in Röhrenverstärkern zu unterdrücken.
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Bei Verstärkern besteht das Bedürfnis, die Ausgangsleistung möglichst
frei von Störungen zu halten, die in mehr oder minder breitem Frequenzband über
das speisende Netz dem Verstärker zugeführt werden.
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Im besonderen werden Netzstörungen über die Anodenableitimpedanzen
in den Verstärker eingeführt. Solche Störungen sind besonders dann wirksam und unangenehm,
wenn die Anodenableitimpedanz klein ist gegenüber dem Innenwiderstand der Röhre
(Schirmgitterröhren!) undwenndieAnodenspannungen (etwa über Widerstandskopplung)
noch auf weitere Röhrenstufen übertragen werden, da in solchen Fällen die Netzstörspannung
fast voll am Steuergitter der folgenden Röhre anliegt. Außerdem werden oft über
den Netzteil die Anoden verschiedener Röhrenstufen miteinander gekoppelt, so daß
durch engewollte Rückkopplung von Endstufen auf Vorstufen indirekte Störungen durch
Eigenschwingungen des Verstärkers auftreten.
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Die Unterdrückung solcher Störungen wird nach dem Stande der Technik
mit Siebketten im Netzkreis und durch eigene Röhrenschaltungen, vielfach auch durch
Kompensationsschaltungen an Übertragern des Verstärkers oder an Drosseln der Siebketten
bewerkstelligt. Diese bekannten Schaltungen sind jedoch im allgemeinen teuer, beanspruchen
viel Platz und lassen in ihrer Wirkung zu wünschen übrig. Vielfach finden auch Kompensationsschaltungen
Anwendung, bei denen ein Teil der störenden Netzspannung der Kathode oder einem
der Gitter zugeleitet wird und ähnlich der Erfindung durch störfrequente Steuerung
des Anodenstromes die über den Anodenableitwiderstand eingeführten Störspannungen
an der Anode kompensiert. Insbesondere sind Schaltungen bekannt, die
dem
Schirmgitter über einen ohmisch-kapazitiven Spannungsteiler aus parallel geschalteten
Ohmschen Widerständen und Kapazitäten sowohl die kompensierende Wechselspannung
als auch die erforderliche Gleichvorspannung zuführen. , Auch beim Gegenstand der
Erfindung werden die Netzstörungen über die Anodenableitimpedanz bei Schirmgitterröhren
unterdrückt durch Kompensation mit Hilfe des Schirmgitters. Dabei wird dem Schirmgitter
künstlich die Netzstörspannung zugeführt, so daß in bekannter Weise die durch die
Schirmgitter-Anodensteilheit hervorgerufenen störfrequent gesteuerten Anodenströme
die über die Anodenableitimpedanz eingeführte Störspannung mehr oder minder kompensieren.
Diese Kompensation läßt sich auf eine oder mehrere Stufen anwenden.
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Die erfindungsgemäßen Kompensationsschaltungen unterscheiden sich
von den im Stande der Technik genannten schon bekannten Schaltungen der Schirmgitterkompensation
im wesentlichen durch das Auftreten weiterer Impedanzen Z3 und Z4 und/oder durch
die Erweiterung einiger Impedanzen Z2 oder Z4 und/oder Z1 durch eine oder mehrere
Glimmstrecken.
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Die erfindungsgemäße Schaltung zur kompensatorischen Unterdrückung
von Netzstörungen in Verstärker mit Schirmgitterröhren, bei der ein Netzwerk aus
Impedanzen zwischen Anode, Schirmgitter, Kathode und den Speisepunkten liegt, ist
dadurch gekennzeichnet, daß dieses Netzwerk aus fünf zweipoligen Impedanzen Ro,
Z1, Z2, R3, Z4 besteht, die so bemessen sind, daß die zwischen Schirmgitter und
Kathode liegende allgemeine oder durch Glimmstrecken erweiterte Schirmgitter-Kathoden-Impedanz
Z1 und die zwischen Schirmgitter und Netzspannungsknoten liegende allgemeine oder
durch Glimmstrecken erweiterte Schirmgitter-Netz-Impedanz Z4 und die am Schirmgitter
liegende allgemeine oder durch Glimmstrecken erweiterte Schirmgitter-Anoden-Impedanz
Z2 und die am Netzspannungsknoten liegende Netz-Anoden-Impedanz R3 und schließlich
die an der Anode liegende Ohmsche Anoden-Ableit-Impcdanz Ro, welch letztere drei
Impedanzen Z2, R3, R, mit je ihrem zweiten Pol zusammengeschaltet den Anodenspannungsknoten
bilden, dem Schirmgitter und dem Anodenspannungsknoten die am Netzspannungsknoten
zugeführte Netzspannung derart zuleiten, daß die durch das Schirmgitter störfrequent
gesteuerten Anodenströme die über die Anoden-Ableit-Impedanz R, eingeführten Netzstörungen
an der Anode durch Kompensation unterdrücken.
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Die allgemeine Schaltung solcher Art zeigt die Prinzipschaltung (Abb,
i). V, ist der Cbertragervierpol (bzw. Leistungszweipol des Ausgangs) ; V1 ist der
Netzeingangsvierpol; Z, ist die Anodenableitimpedanz; Z1, Z2, Z3, Z4 sind allgemeine
Impedanzen oder sind alle oder zum Teil erweiterte Impedanzen.
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Unter erweiterten .Impedanzen sollen dabei Impedanzen verstanden werden,
die außer Induktionen, Kapazitäten und Ohmschen Widerständen noch ein oder mehrere
Glimmstrecken enthalten. u9 ist die Spannung am Knotenpunkt Zi-Z2-Z4-Z,; acaist
die Spannung am Knotenpunkt Zo-Z2-Z3; Zi = i/Yi ist die Schirmgitterinnenimpedanz;
S" ist die Schirmgitter-Anodensteilheit; A = O + j 2 #T f ist die
Komplexe Kreisfrequenz; Ril(2,4) ist der Ohmsche Glimmstreckeninnenwiderstand von
der Glimmstrecke G1 bzw. G2 bzw. G4; ALil(2,4) ist der induktive Glimmstreckeninnenwiderstand
von der Glimmstrecke G1 bzw. G2 bzw. G4; Zir(2,4) = Rir(2,4) rt A. Lil(2,4) ist
die Glimmstreckeninnenimpedanz von G1 bzw. G2 bzw. G4.
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Die gewünschte Kompensation wird durch Abgleich der Impedanzen Zo,
Z1, Z2, Z3, Z4 und eventuell der Impedanzen von V, und V1 erzielt. Dabei ist es
im Prinzip gleichgültig, welche der Impedanzen (etwa durch Regelbarkeit eines oder
mehret er ihrer Schaltelemente) den Abgleich ermöglichen. Es mögen etwa Zo, Z1,
Z2, Z3, Z4 alle oder zum Teil regelbar sein.
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Vollkompensation, d. h. vollständige Kompensation der über ZO der
zu kompensierenden Stufe eingeführten Störungen wird erreicht, wenn zwischen Zo,
Z1, Z2, Z3, Z4 die Beziehung bestellt
Z3 und Y4 können dabei prinzipiell auch verschwinden. Z3 = o; Y4 = o.
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Die Impedanzen von V, und I'1 sind also für Vollkompensation ohne
Belang; die Admittanz von V, zwischen den Polen i und 2 und die Impedanz von V1
zwischen den Polen i und 2 kann daher auch verschwinden oder beliebige endliche
Werte annehmen.
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Diese Gleichung für Vollkompensation mag einen ungefähren Anhaltspunkt
für die Einrichtung der Impedanzen Zo, Z1, Z2, Z3, Z4 geben. In der Regel wird jedoch
eine oder mehrere dieser Impedanzen regelbar ausgebildet sein müssen und die Vollkompensation
durch empirischen Abgleich angen;iliert «erden müssen.
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Sollen außer solchen Netzstörungen, die über die Anodenableitimpedanz
der schirmgitterkompcnsierten Röhre eingeführt werden, noch Netzstörungen mitkompensiert
werden, die nicht über die Anodenableitimpedanz der schirmgitterkompensierten Stufe,
sondern anderswo dem Verstärker zugeführt werden, so wird dies erreicht durch eine
geringfügige (eventuell fre(luenzabhängige) Unter- oder t berkompensation in der
kompensierten Stufe, wobei zwar die gesamte Kompensation von den Impedanzen in V,
undVl abhängig wird, aber der Abgleich von Zo, Z1, Z2, Z3, Z4 nur unwesentlich gegenüber
dem Abgleich bei Vollkompensation geändert wird.
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Bei der Unterdrückung weiterer Netzstörungen (z. B. solcher, die in
den folgenden Stufen in den Verstärker eintreten) durch Unter- oder Überkompensation
in der kompensierten Stufe ist es zweckmäßig, die Impedanzen von Vl derartig frcquenzabhängig
auszubilden, daß der gesamte Verstärker (auch bei frequenzabhängiger Verstärkerübertragung
oder bei frcquenzabhängigem Störspannungseintritt) weitgehend netzentstört wird.
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Die hier allgemein aufgezeigte Schirmgitterkompensation ist jedoch
allein mit Ohmschen Widerständen, Kapazitäten und Induktionen in den Impedanzen
Z1,
Z2, Z4 sehr oft nicht <erreichbar, cla einerseits die Anodengleichspannung und
Schirmgittergleichspannung einen gewissen Wert nicht unter- oder überschreiten,
und Quergleichströme möglichst gering gehalten werden sollen, da aber andererseits
die Schirmgitteraußenimpedanz aus Verstärkungsrücksichten relativ klein gegen die
Schirmgitterinnenimpedanz gehalten werden soll.
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In solchen Fällen wird erfindungsgemäß diesen Anforderungen dadurch
Genüge geleistet, daß Z_2 oder Z4 und/oder Z_, durch ein oder mehrere Glimmstrecken
erweitert ist, mit deren Hilfe genügend geringer Wechselstromwiderstand der Schirmgitternußenimpedanz
und genügend geringer Ouergleichstrom bei passenden Schirmgitter- lind Anodenspannungen
erhalten wird.
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Kommen in 7, oder 'Z., und/oder Z, mehrere Glimmstrecken zur
Anwendung, so werden diese Glimmstrecken zweckmäßig zu einer Mehrstreckenglimmröhre
zusammengefaßt. Fast immer lassen sich auf diese Art auch Zi-Glimmstrecken und Z2
bzw. Z1 Glimmstrecken in einer gemeinsamen _Vlehrstreckenglimmröhre zusammenfassen,
wobei das Schirmgitter an eine mittlere Glimmröhrenelektrode angeschlossen wird
(z. B. für eine Z,-Glimmstrecke und eine Z2 Glimmstrecke in Abb. 2 und 3, für eineZ,-Glinimstrecke
und eine Z,-(llimmstrecke in Abb. 4).
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Oft ist ein Hilfswiderstand zur Zündung der Strecken anzubringen,
besonders dann, wenn die Schirmgitter-und Anodenströme in Größenordnung der minimalen
Brennströme liegen. Oft ist in den Impedanzen Z, oder Z, (parallel zu den übrigen
Schaltelementen von Zi oder Z4) ein Olimscher Stromausgleichwiderstand anzubringen,
und zwar dann, wenn durch die Schirmgitterströme oder wenn durch die eventuell zu
den Glimmstrecken parallel liegenden Impedanzen (z. B. Z,, bzw. Z2) Gleichströme
fließen, die Z,- und Z2-bzw. Z4 - Glimmstrecken verschieden belasten.
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Ohne Einschränkung der Allgemeinheit seien drei wichtige spezielle
Schaltungen beschrieben; für den praktisch besonders wichtigen Sonderfall des rein
Ohmschen Z" (Z, = R,), (Ausführungsbeispiele Abb. 2, 3 und 4). Für die Schaltung
i gilt: Z3 - o; Y, = o.
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Vielfach sind in dieser Schaltung zu den gewünschten Kompensationen
solche Z, und Z2 ausreichend, die nur Ohmsche Widerstände und Glimmstrecken enthalten,
wobei die Glimmstrecken mit den Ohmschen Widerständen in Serie geschaltet sind (Abb.
2 für L,, 1.2, Cl, C2 = o). Es gilt dann Z, = Zi, + R1, Z2 - li
2 + R2.
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Unter Umständen können entweder R, oder R2 oder auch R, und R2 verschwinden
(R, _= o; R2 - o), wenn bereits durch die Glimmstreckeninnenimpedanzen der Abgleich
für die gewünschte Kompensation gewährleistet wird. Die Zuschaltung der Widerstände
R, und R2 ist jedoch immer dann notwendig, wenn die Glimmstreckeninnenimpedanzen
im Betriebe höheren Schwankungen unterworfen sind. An den Widerständen Ri und R2
ist ein einfacher Abgleich möglich. Bekanntlich besitzen Glimmstrecken außer der
Ohmschen Innenwiderstandskomponente Ril(2,4) noch eine oft frequenzabhängige induktive
Innenwiderstandskomponente A Lil(2,4), die (besonders bei höheren Frequenzen)
kompensationsbehindernd in Erscheinung treten kann. In solchen Fällen ist es zweckmäßig,
außer Ohmschen Widerständen (R, und R2) noch die Induktionen L, und L2 mit den Glimmstrecken
in Serie zu schalten (Abb. 2 für Cl, C2 = o). Es gilt dann Zi=Ri1+ALit.+AL,+R,,
Z2 - Ri 2 + /L L i 2 + /L L 2 + R2.
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Unter Umständen können entweder L i oder L2 oder auch L, und I_2 verschwinden,
wenn z. B. bereits durch die Glimmstreckeninnenwiderstände und die eventuell zugeschalteten
Ohmschen Widerstände der Abgleich für die gewünschte Kompensation gewährleistet
wird oder, s. unten, wenn z. B. durch genügend große Kapazitäten Cl und- C2 die
Kompensation in höheren Frequenzen übernommen wird.
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Soweit Li und L2 nicht beide verschwinden, ist zweckmäßig mindestens
eine der Induktionen I_, und L2 abgleichbar.
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Zweckmäßig werden den in Serie geschalteten Ohmschen und induktiven
Innenwiderständen und Zuschaltwiderständen (die alle oder zum Teil verschwinden
können) noch die Kapazitäten C, und C2 parallel geschaltet (Abb. 2). Es gilt dann
Die Zuschaltung von C, oder C2 oder C, und C2 ist immer dann zu empfehlen, wenn
so hohe Störfrequenzen zu kompensieren sind, daß bereits die Leitungs- und Elektrodenkapazitäten
ins Gewicht fallen.
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Stellen Ci und C2 relativ große Kapazitäten dar, so lassen sich in
Schaltung Abb. 2 die Zuschaltinduktionen L, und L2 praktisch vermeiden.
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Zweckmäßig ist mindestens eine der Kapazitäten Ci und C2 abgleichbar.
Bei größeren Kapazitäten Ci bzw. C2, bei denen ein solcher Abgleich Schwierigkeiten
bereitet, wird zweckmäßig die weiter unten beschriebene Kompensationsschaltung (Schaltung
2 nach Abb. 3 und Schaltung 3 nach Abb. 4) angewendet.
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Günstig in bezug auf Kompensationswirkung und in bezug auf Abgleichsmöglichkeit
und sehr vielen technischen Anforderungen genügend ist eine Schaltung nach Abb.
3. Bei dieser Schaltung gilt
V, und l:', sind unwesentlich.
Zweckmäßig ist R1 und R3 regelbar.
R3 kann auch die eine Seite eines regelbaren Potentiometers sein, während der Restwiderstand
des Potentiometers in Serie zu R2 geschaltet ist.
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Bei entsprechend großem C1 wird die Kompensation von Li i praktisch
völlig unabhängig. Bei entsprechend großem C4 wird die Kompensation von Li 2 weitgehend
unabhängig, zumal dann, wenn R3 sehr klein ist gegen R2. Diese Unabhängigkeit tritt
dann ein, wenn Cl bzw. C4 so groß ist, daß für solche A,, bei denen A Li 1(2) nicht
mehr gegen R1 (2) + Ri 1(2) vernachlässigbar ist, I/AC1 (4) sehr klein gegen R1
(2) + Ri 1(2) wird. I/A Cl (4) <R1 (2) + Ri 1(2) für A Li j(2) + R1 (2) + Ri
1(2) . Nach dieser Schaltung läßt sich durch Abgleich von R1 und R3 sowohl der Ohmsche
Abgleich (der Abgleich des Spannungsverhältnisses von uy:eid für sehr niedere Frequenzen
und Frequenz o) bewerkstelligen als auch der kapazitive Abgleich (der Abgleich des
Spannungsverhältnisses von uo:2sq für höhere und hohe Frequenzen) weitgehend ersetzen.
Dabei gleicht R3 kapazitiv ab, während R1 ohmisch abgleicht. Durch solchen kapazitiven
Abgleich in R3 wird der Abgleich der selbst schwer abzugleichenden größeren Kapazitäten
C1 und C4 weitgehend ersetzt, so daß C1 und C4 nur angenähert richtige Werte besitzen
müssen. Solcher Ersatz ist um so vollkommener, je kleiner R3 gegenüber R2 + Ri 2
+ A Li 2 ist. Es ist also immer dann R3 << R2 + Ri z zu halten und C1 und
C4 entsprechend groß und C4/C, entsprechend angenähert an den Sollwert der Abgleichung
für Vollkompensation bei R3 = o einzurichten, wenn A, Li 2 nicht zu vernachlässigen
ist gegenüber Ri 2 + R2.
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An Stelle des in Abb. 3 angegebenen regelbaren R1 kann auch R2 regelbar
ausgebildet sein, wobei freilich die rein Ohmsche Abgleichbarkeit in R1 in die kapazitivohmsche
in R2 übergeht (und insofern die Schaltung an Handlichkeit einbüßt).
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Die regelbaren Widerstände R1 (bzw. R2) werden zweckmäßig zur besseren
Einstellbarkeit in einen Festwiderstand und einen Regelwiderstand aufgespalten.
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Auch in dieser Schaltung können unter Umständen die Glimmstrecken
von Z1 und Z2 alle oder zum Teil verschwinden.
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Besonders günstig in bezug auf Kompensationswirkung und in bezug auf
Abgleichsmöglichkeit und fast allen technischen Anforderungen genügend ist eine
Schaltung nach Abb. 4. Bei dieser Schaltung gilt
1'o und V1 sind unwesentlich. Zweckmäßig ist R1 und R3 regelbar.
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Bei entsprechend großen C1 und C4 wird die Kompensation sowohl von
Lil als auch von Lit praktisch völlig unabhängig. Diese Unabhängigkeit tritt dann
ein, wenn C1 bzw. C1 so groß ist, daß für solche A, bei denen A Li 1(4) nicht mehr
vernachlässigbar ist gegen R1 (4) + Ri l(4), I/ACl (4) sehr klein gegen R1 (4) +
Ri 1(4) wird.
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I/A Cl (4) << R1 (4) + Ri 1(4) für: A I_i 1 (4) + R1 (4) + Ri
1(4).
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Der Abgleich an R3 ist ohmisch-kapazitiv. Der Abgleich an R1 ist rein
ohmisch. Der Ersatz der Regelung der Kapazitäten Cl und C4 läßt sich um so vollkommener
durch die Regelung an R3 ersetzen, je größer man C4 bei gleichbleibendem Verhältnis
C4/ C1 hält. Bei entsprechend großem C4 wird auch bei nicht gegen R2 zu vernachlässigendem
R3 der Ersatz der Regelung von Cl und C4 durch die Regelung von R3 beliebig vollkommen.
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Die in Abb.4 angegebene Abgleichung an dem regelbaren Widerstand R1
kann ersetzt werden durch die Abgleichung an dem Widerstand R4. Der Abgleich an
R1 bzw. R4 kann auch ersetzt werden durch den Abgleich an R2, wobei freilich wieder
in solcher Regelung an R2 kapazitiv-ohmsche Abgleichung bewirkt wird (und insofern
die Schaltung an Handlichkeit einbüßt).
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Auch bei Regelung von R1 (bzw. R4, bzw. R2) ist eine Aufspaltung in
Fest- und Regelwiderstände zu empfehlen.
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R4 und die Glimmstrecken von Z1 und Z4 können alle oder zum Teil verschwinden,
soweit dadurch den gewünschten Anforderungen noch Genüge geleistet wird.
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Die besonderen Vorzüge solcher Netzentstörungen durch Schirmgitterkompensation
sind im wesentlichen: I. Einfache Abgleichsmöglichkeit mit sehr wirksamer Entstörung
für sehr breiten Störfrequenzbereich, 2. geringer Aufwand und Platzbedarf, 3. Stabilisierung
der Schirmgitter- und Anodengleichspannung, 4. weitgehende Vermeidung schirmgitterbedingter
Phasendrehungen der Verstärkerübertragung in den kompensierten Stufen, 5. Unterdrückung
von Rückkopplungen von nachfolgenden Verstärkerstufen auf kompensierte Vorstufen
über den Netzteil.